常村煤矿主井提升机PLC控制系统升级改造.pdf

总第1 4 4期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 2 3 常村煤矿主井提升机 P L C控制系统升级改造 郭宇庆 潞安环能股份公司 租赁站， 山西长治0 4 6 2 0 4 摘要 介绍了常村煤矿主井提升机升级改造后 s 7 4 0 0 P L C控制系统的结构、 配置、 控制原理、 功能及主 要特点。实践证明， s 7 4 0 0 P L C控制系统极大地提高了主井提升系统的安全可靠性 ， 经济效益和社会效 益显著。 关键词 主井提升机； P L C控制； 升级改造 中图分类号 T D 5 3 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 I J 0 8 ． 0 0 5 2 。 0 3 常村煤矿主井提升系统由D 5 m 5绳落地式摩 擦轮双箕斗提升机、 井下装载系统和地面卸载系统 三部分组成。提升机装备有液压盘式制动 闸和主轴 强迫润滑泵站 ， 两台2 0 0 0 k W 主电机与滚筒悬臂直 联 ， 采用西门子模拟矢量控制交交变频器供 电同步 电动机驱动， 提升净重 3 0 t ， 提升行程 4 8 3 m ／ s ， 完成 一 次提升循环时间 8 3 s 。提升机的操作方式分为 自 动、 手动、 检 修三种 ， 整 个 提升 系统在其 控制 核心 S I MS T I C s 51 5 0 U P L C的控制下 ， 可实行全 自动无 人操作 。 1 主井提升机控制系统的构成及功能 图 1为常村矿主井提升机控制系统 ， 该控制系 统的核心部分为 S I MA T I C s 51 5 0 U P L C及其 I ／ O 回路。直流 2 4 V电源和低压配电回路为所有控制 系统提供电源； 井筒信号系统用于装载／ 卸载系统与 s 51 5 0 U P L C的中间控制连接 ； 高压系统 向主回路 变流器提供高压电源， 补偿回路对电网功率因数进 行补偿 ， 同时用于电网谐波减幅， 避免了由于小电流 谐波放大引起的并联谐振； 冷却通风系统用于主电 机和整个控制系统的冷却， 使整个提升机电气部分 保持恒温工作 ； 监测 回路通过程序逻辑控制对报警 信号和工作信号进行处理， 参与提升机的安全控制； 安全回路由提升机所有保护、 闭锁和急停信号相串 联构成一个常开触点 回路 和一个常闭触点 回路 ， 参 与提升机紧急情况下 的制动 ； 数字式提升机控制器 ， 将运行终端距离转变为参与提升机速度控制的模拟 电压值， 实行提升机运行终端的自动减速； 闭环控制 实现以下功能 ①手动和自动操作的速度基准值； ② 谐波函数发生器； ③速度闭环控制； ④转矩参考值， 包括最大值的限制； ⑤定子电流闭环控制； ⑥C O S 5 2 控制； ⑦触发装置移相范围的电流控制； ⑧定子和激 磁回路的触发装置； ⑨控制信号的调整。 来自测速发电机 图 1 主井提升机控制系统 2 P L C升级改造方案的提出 机 机 常村煤矿主井 提升系统 1 9 9 4年底正式 移交 ， 1 9 9 7年投人大规模生产。经过六年多的运行 ， S 5 1 5 0 U P L C逐步暴露出以下问题 ， 严重制约着主井提 升机 的安全运行。 1 产品元器件老化现象严重 ， 参数温漂大， 电 路不稳定， 故障率高， 经常出现死机， 有些故障时隐 时现 ， 无法检测排除 ， 导致提升机性能不稳定 ， 并且 很难得到国内外的技术支持。 2 P L C系统控制板发生的故障， 只有待出现时 才能处理 ， 并且控制板上的部分元件国内很难找到 ， 处理故障影响生产的时间较长。 3 库存备件不全， 购置备件进货周期长， 部分 产品备件已停止生产， 导致备件价格昂贵， 所能购买 收稿 日期 2 0 1 1 ．0 6 - 1 3 作者简介 郭宇庆 1 9 7 4一 ， 男 ， 山西屯留人， 助理工程师， 从事煤矿机电技术与机电管理工作。 郭宇庆 常村煤矿主井提升机 P L C控制系统升级改造 第2 0卷第8期 到的控制板有些是国内用户改造后替换下的旧件， 厂家库存备件的价格每年都按 2 0 ％左右增长 ， 很难 得到国内外的备件支持。 鉴于 s 51 5 0 U P L C运行 中存 在着上述 隐患 ， 为了确保主井提升机安全运行和矿井正常生产 ， 常 村煤矿决定采用西门子 s 7 4 0 0 P L C对主井提升机 s 51 5 0 U P L C控制系统进行升级改造。 3 P L C升级前的构成及配置 图 2为升级改造前 的 P L C 。升级 改造前 的 S 5 1 5 0 U P L C由一个 主机架、 三个扩 展机架 和 四个 E T 1 0 0 U从站组成 ， 主要包括基板、 电源、 C P U、 通讯、 接口、 内存、 数字量输入、 数字量输出等 1 l 8个模块。 图中 A 口为通讯 口 I F 1 ， B 口为编 程 口 I F 2 。s 5 1 5 0 U P L C采用 P G 6 8 5专用编程器 以及 S T E P 5专用 编程语言进行 编程 ， 三种编程方 式分别 为 语句表 S T L 、 梯形图 L A D和功能图 C S F 。 S 51 5 0 U P L C对提升 系统 的运行进行工艺控 制和故障诊断， 用于提升机、 井筒信号系统、 装载系 统、 卸载系统以及操作与报警信号的控制和闭锁， 并 通过与其相 连的异步串行 6 E S 5 5 2 53 V A1 1智 能 通讯模块的 A 口传至 P T 8 8 8 0列针式打印机进行实 时故障及报警事件的英文打印记录。 图2 升级改造前 s 51 5 0 U P L C 4 P L C升级后 的构成、 配置及控制原理 4 ． 1 P L C升级后的构成及配置 图 3为升级 改造后 的 P L C 。升级改造后 的 s 7 4 0 0 P L C 由一个 主机 架、 两 个扩 展 机架 和 四个 E T 2 0 0 M从站组成 ， 主要包括基板、 电源、 C P U、 通讯 、 接口、 内存、 数字量输入、 数字量输出、 模拟量输入等 6 7个模块。在 s 74 0 0 P L C与打 印机之 间新增上 位机一台， 上位机选用研华 I P C一 6 1 0 ， P I I 4 0 0 ／ 6 4 m ／ 3 ． 2 G工控机 ， 监视 器为三 星 5 1 a m彩 显 ， 打印机为 E P S O N L Q一1 6 0 0 K I I ， 软件环境为中文 WI N D O WS 2 0 0 0， 监 控 软 件 选 用 西 门子 最 新 工 业 监 控 软 件 W I NCCV5． 0S P2。 图3中虚线部分为预留异步串行通讯口， 该口 可与矿调度室的监测监控系统进行联网。 图 3 升 级改造后 的 s 7 4 0 0 P L C 4 ． 2 s 7 4 0 0 P L C控 制原 理 S 7 4 0 0 P L C实时监测和控制整个提升系统各 个环节的运行状态 ， 通过软件逻辑 ， 输 出控制整个提 升系统各个环节的控制信号。当s 7 4 0 0 P L C检测 到外部故障信号后 ， 立即对故障进行分类和处理， 闭 锁提升机 ， 动作安全 回路和闸控回路 。提 升机正常 运行状态下 ， s 7 4 0 0 P L C则按 照提升机工艺用户 程序要求 ， 向整个提升系统各个环节发出运行指 令 ， 实现包括提升机 、 装载站、 卸载站在内的整个提 升系统的 自动运行 。 5 P L C升级后的功能及特点 5 ． 1 P L C升级后的功能 1 在硬件和软件方面 s 7 4 0 0 P L C与 S 5 1 5 0 U P L C 、 E T 1 0 0 U与 E T 2 0 0 m完全兼容 ， s 7可直接 替代 s 5 ， 新系统具备原系统全部功能。 2 S 7软件 可在普 通 P c机 中文 WI N D O WS 2 0 0 0环境下运行 ， 具有全 中文菜单和帮助功能 ， 由 此 ， 新增上位机不但实现了提升系统监控站的功能， 而且具备了 s 7编程器的功能 ， 可在线对用户程序进 行监视和编程。 ． 3 上位机监控画面可实时动态显示设备所 有 I ／ O点的状态， 打印并保存 提升 系统一年的故障 及报警信息 。 4 上位机具有实时显示和打印班、 E t 、 月产 量报表功能 ， 并 以报表形式保存各项记录一年 。 5 S 7 4 0 0 P L C中新增模拟输入板一块， 实 现了提升机速度 曲线在 上位机上的实时显示 和打 印。 6 上位机实时显示提升工艺过程 的模 拟画 面， 主要包括 装／ 卸载、 提升、 冷却和制动盘闸等系 统的模拟图。 5 3 2 0 1 1年 8月 郭宇庆 常村煤矿主井提升机 P L C控制系统升级改造 第2 0卷第8期 5 ． 2 P L C升级后的特点 与 S 51 5 0 U P L C相 比， S 7 4 0 0 P L C具有 以下 特点 1 易用性强， 系统软件全中文环境运行， 突破 了 S 5系统使用专用编程和专用 S 5一D O S系统 的禁 锢。 2 人机界面强， 操作灵活方便。 3 系统结构简单紧凑， 参数整定快捷方便。 4 具有可靠性、 稳定性 、 免维护性 。 6 运行效果 新系统投入工业运行后的实践证 明， 系统各项 功能均达到设计要求 ， 升级改造后的 s 7 4 0 0 P L C 运行速度快 ， 功能强 ， 结 构简单 ， 故障点少 ， 维护方 便 ， 配件购置费用低 ， 自诊断功能强， 与互联 网连接 可实现远程故障诊断， 升级后的 S 7 4 0 0 P L C确保 了整个提升系统的安全 、 平稳 、 可靠运行 ， 该项技术 的可靠实施大大提高了主井提升系统的装备和管理 水平 。 上接第5 1页 表面温度的空间分布， 经电子系统处 理， 传至显示屏上， 得到与检测区域表面热分布相应 的热像图。运用这一方法 ， 能实现对 目标 区域进行 远距离热状态成像和测温 ， 并对被测区域 的状态进 行分析判断 ， 快速 、 准确 的确定 煤矿温度异 常 的区 域。 3 ． 2 用红外成像仪服务煤矿矿难救援 发生矿难时， 尽快确定井下幸存者以及幸存者 的位置， 就能够为被困者争取更多的生存机会。研 究表明， 人体的红外辐射特性与周围环境的红外辐 射特性不 同， 热成像生命探测仪利用两者之间的差 别， 以成像的方式把要搜索的目标与背景分开。这 种光谱段是设计热成像生命探测器的一个重要技术 依据。运用一种红外相位成像技术 ， 可以基本满 足 人们对再现现实环境的要求。现有的红外成像主要 利用红外辐射的幅度信息， 而红外相位热成像的基 本原理是通过对接收 目标辐射信号进行分析， 建立 目标红外辐射 的相位信息算法模型及 目标与探测器 之间的距离算法模型 ， 获取 目标的距离图像 ， 然后与 二维图像相结合， 得到被探测 目 标的立体图像。 4 红外气体分析技术的实践应用 不同气体对红外 光有着不 同的吸收光谱 ， 气 体 的特征光谱吸收强度与该气体的浓度相关。当红外 辐射通过被测气体时， 其分子对光能的吸收遵循朗 伯一比尔 L a M b e r b e e r 定律， 如果气体吸收谱线 在入射光谱范围内， 那么光通过气体以后， 在相应谱 线处会发生光强的衰减 。 采用红外气体分析技术以后， 红外气体传感器 的结构比以往传统气体传感器大大简化， 仪器功耗 也大幅降低。此外， 红外气体传感器原理简单， 成本 低廉 ， 可实现多组分分析 ， 而且光谱干扰小 ， 通过对 5 4 [ 责任编辑 魏晋英] 温度和其他影响因素的校正， 可以有效提高测量的 精度， 同时提高了系统检测灵敏度。 5 红外探伤技术的实践应用 煤矿渗水往往会导致矿井 的塌方 ， 将红外探伤 技术应用于煤矿中对积水 区域 的探测 ， 可 以有效预 防渗水 。众所周 知， 岩层或煤层不断 向外辐射红外 电磁波和辐射场 。而红外探测仪则可 以根据辐射场 的变化 ， 确定隐伏 目标 的性质。对一条掘进巷道而 言 ， 如果掘进前方或巷道外围存在采空 区老空水或 隐伏含水构造 ， 局部地段的介 质成分 和密度 发生变 化会产生一个异常场 ， 并迭 加于正常场之上 ， 使正 常场发生畸变。由于红外辐射场所占的空间总是大 于实体 ， 故可通过场 的变换提前发现含水 区或含水 构造 。 6 结论 相对于其他传统传感技术 ， 红外传感技术具有 稳定可靠， 结构简单， 无损探测等独特优势。相信随 着网络无线和传感技术的发展， 红外传感技术将更 加成熟， 将会为降低我国矿难事故发生率和死亡率 做出更大的贡献。 参考文献 [ 1 ] 邓奇根， 刘明举， 赵发军． 煤矿事故统计分析及其防护 措施[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 1 0 6 1 41 6 ． [ 2 ] 马民， 李明明． 红外成像技术在煤矿中的应用[ J ] ． 陕 西煤炭， 2 0 0 9 5 6 2 6 4 ． [ 3 ] 尚延廷， 张清山． 红外温度检测技术在煤矿安全生产中 的研究及应用[ J ] ． 科技信息， 2 0 0 8 2 4 3 0 8 ． [ 责任编辑 魏晋英]